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文檔簡介
1、近年來,氫氣作為可再生能源引起了極大的關(guān)注。由于它具有豐富的含量、較高的能量密度、以及高清潔度等特點,有望成為未來的重要能量來源之一。同時,它也具有重要的工業(yè)應(yīng)用價值,尤其在石化、冶金、食品加工、精密電子工業(yè)合成等領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。然而,在實際應(yīng)用中,氫氣的高效分離、氫氣的存儲等問題還面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
最近,石墨烯納米片C222被成功合成,該納米片一經(jīng)合成便引起科學家們強烈的興趣。已有的研究發(fā)現(xiàn)石墨片上的孔狀缺陷對其光
2、學和電學性質(zhì)都有很大影響。因此本文通過第一性原理研究了三種不同形狀的缺陷對C222石墨烯納米片的電、光學性質(zhì)的影響。研究結(jié)果表明中心挖去一個苯環(huán)的C216相比C222能隙增加了0.39eV,使其半導體特性明顯。相反C221和C220分別是由C222中心挖去一個和兩個碳原子形成的單空位缺陷和雙空位缺陷結(jié)構(gòu),這兩個缺陷的存在降低了C222的能隙,使其導體特性明顯。同時能隙大小的改變也使得UV-vis吸收光譜中的最大吸收峰發(fā)生了藍移(C216
3、)或紅移(C221,C220)。另外,計算結(jié)果顯示隨著缺陷密度的增加,HOMO-LUMO能隙也增加,最高至4.28eV。吸收光譜也從400-800nm波段移至300-500nm波段。
由于石墨烯納米片C216是孔狀材料,符合分離膜材料的幾何特征,因此我們計算了它對于常見氣體(H2,O2,N2,NO,NO2,H2O,CO和CO2)的選擇性和過渡能壘,研究發(fā)現(xiàn)它對于氫氣的擴散能壘明顯低于其它氣體,在室溫下該石墨片對氫氣相對于其他氣
4、體的選擇率高達1048,明顯優(yōu)于多孔石墨烯、石墨炔以及傳統(tǒng)氫氣分離膜,有望成為一種理想的氫氣分離膜材料。
同時,本文設(shè)計了一種Li摻雜的多孔石墨片C180,并研究了該材料作為作為儲氫材料的可能。計算結(jié)果表明Li原子在該石墨片表面不容易形成團簇。而且氫氣在Li摻雜的多孔石墨片上的平均吸附能為-0.17eV,其絕對值明顯高于純多孔石墨片或Li摻雜的石墨烯。該吸附能的大小說明Li摻雜的多孔石墨片能夠?qū)崿F(xiàn)在溫和條件下對氫氣的自由吸附和
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